Глядя на луну в ночном небе, мало кто может подумать, что она медленно удаляется от Земли. Но теперь ученые это знают точно. Еще в 1969 году миссии НАСА «Аполлон» установили на Луне отражающие панели. Они и показали, что в настоящее время Луна ежегодно удаляется от Земли на 3,8 см.
Если взять текущую скорость рецессии Луны и спроецировать ее назад во времени, можно получить столкновение между Землей и Луной примерно 1,5 миллиарда лет назад. Однако Луна образовалась около 4,5 миллиардов лет назад, а это означает, что текущая скорость рецессии — плохой ориентир для прошлого.
Ученые использовали комбинацию методов, чтобы попытаться получить информацию о далеком прошлом нашей Солнечной системы. Недавно удалось обнаружили идеальное место, чтобы раскрыть многолетнюю историю нашей удаляющейся Луны. И это не от изучения самой Луны, а от считывания сигналов в древних слоях горных пород на Земле. Новое исследование было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
В красивом национальном парке Кариджини на западе Австралии несколько ущелий прорезают ритмично слоистые отложения возрастом 2,5 миллиарда лет. Эти отложения представляют собой полосчатые образования железа, состоящие из характерных слоев минералов, богатых железом и кремнеземом, которые когда- то широко откладывались на дне океана, а теперь встречаются в самых старых частях земной коры.
Обнажения скал у водопада Жоффр показывают, как слои красновато-коричневой формации железа толщиной чуть менее метра чередуются через равные промежутки времени с более темными и тонкими горизонтами.
Более темные интервалы состоят из более мягких пород, более подверженных эрозии. При более внимательном рассмотрении обнажений обнаруживается наличие дополнительно регулярной вариации меньшего масштаба. Скальные поверхности, отшлифованные сезонной речной водой, протекающей по ущелью, раскрывают узор из чередующихся белых, красноватых и голубовато-серых слоев.
В 1972 году австралийский геолог А. Ф. Трендалл поднял вопрос о происхождении различных масштабов циклических повторяющихся узоров, видимых в этих древних слоях горных пород. Он предположил, что закономерности могут быть связаны с прошлыми изменениями климата, вызванными так называемыми «циклами Миланковича».
Циклы Миланковича описывают, как небольшие периодические изменения формы земной орбиты и ориентации ее оси влияют на распределение солнечного света, получаемого Землей в течение нескольких лет.
Прямо сейчас доминирующие циклы Миланковича меняются каждые 400 000 лет, 100 000 лет, 41 000 лет и 21 000 лет. Эти изменения оказывают сильное влияние на наш климат в течение длительных периодов времени.
Ключевыми примерами воздействия влияния Миланковича на климат в прошлом являются экстремально холодные или теплые периоды, а также более влажные или более сухие региональные климатические условия.
Эти климатические изменения значительно изменили условия на поверхности Земли, например, размер озер. Они объясняют периодическое озеленение пустыни Сахара и низкий уровень кислорода в глубинах океана. Циклы Миланковича также повлияли на миграцию и эволюцию флоры и фауны, включая наши собственные виды. И следы этих изменений можно прочесть по циклическим изменениям осадочных пород.
Расстояние между Землей и Луной напрямую связано с частотой одного из циклов Миланковича — цикла климатической прецессии. Этот цикл возникает из-за прецессионного движения (колебания) или изменения ориентации оси вращения Земли с течением времени. Этот цикл в настоящее время имеет продолжительность ~ 21 000 лет, но этот период был бы короче в прошлом, когда Луна была ближе к Земле.
Это означает, что, если сначала найти циклы Миланковича в старых отложениях, а затем найти сигнал земного колебания и установить его период, то можно оценить расстояние между Землей и Луной во время отложения отложений.
Предыдущее исследование показало, что циклы Миланковича могут сохраняться в древней формации полосчатого железа в Южной Африке, что подтверждает теорию Трендалла.
Полосчатые образования железа в Австралии, вероятно, отложились в том же океане, что и горные породы Южной Африки, около 2,5 миллиардов лет назад. Однако циклические вариации в австралийских породах выявляются лучше, что позволяет нам изучать вариации с гораздо более высоким разрешением.
Наш анализ австралийской формации полосчатого железа показал, что породы содержат несколько масштабов циклических изменений, которые примерно повторяются с интервалами 10 и 85 см. Сопоставив эти толщины со скоростью отложения отложений, ученые обнаружили, что эти циклические изменения происходили примерно каждые 11 000 лет и 100 000 лет.
Таким образом, анализ показал, что 11000-й цикл, наблюдаемый в горных породах, вероятно, связан с циклом климатической прецессии, имеющим гораздо более короткий период, чем нынешний ~21000 лет. Затем был использован этот сигнал прецессии для расчета расстояния между Землей и Луной 2,46 миллиарда лет назад.
В итоге было обнаружено, что тогда Луна была примерно на 60 000 километров ближе к Земле (это расстояние примерно в 1,5 раза превышает длину окружности Земли). Это сделало бы продолжительность дня намного короче, чем сейчас, примерно 17 часов, а не нынешние 24 часа.
Ученые отмечают, что это и другие исследования представляют собой один из немногих методов получения реальных данных об эволюции нашей Солнечной системы и будут иметь решающее значение для будущих моделей системы Земля-Луна. Они назвали удивительным то, что прошлую динамику Солнечной системы можно определить по небольшим вариациям древних осадочных пород. Однако один важный момент данных не дает полного понимания эволюции системы Земля-Луна.
Теперь нужны другие надежные данные и новые подходы к моделированию, чтобы проследить эволюцию Луны во времени. И исследовательская группа уже начала охоту за следующей группой горных пород, которые могут помочь раскрыть больше ключей к разгадке истории Солнечной системы.
